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  • 科學WE大會:讓科學之火燎原,讓求知者和探索者相遇

      《軍武次位面》作者:XY156

      美國經濟學家泰勒所著的《大停滯》一書中描述了一個非常有意思的現象:他的祖母出生在上世紀初,她一生見證了抗生素、疫苗、汽車、飛機、電視等許多超出想象的東西進入千家萬戶,但出生在1962年的泰勒卻發現,他的人生中并沒有太多革命性變化。他認為這一切的原因是科技停滯了。

      這個觀點引發了很多討論,也有很多擁躉。軍武菌之前也思考過這個問題,直到昨天,我觀看完一場大會直播,對這個問題終于有了答案。

      這是騰訊辦的2022年科學WE大會,今年有兩位諾獎嘉賓過來,還有研究古脊椎動物與古人類的中國科學院院士朱敏,但最吸引軍武菌的,是四位中國嘉賓:中國工程院院士師楊宏、“東方超環”等離子物理學家李建剛、中國天眼總工程師姜鵬和“奮斗者”號總設計師葉聰。

      這個陣容非常少見,軍武菌全程跟完了三個半小時直播,就是這不斷被沖擊的三個半小時,我開始思考泰勒之問:科技真的停滯了么?

      當低垂的果實被摘完

      科技的發展從來不是線性的,而是爆炸式的,正如人類上百萬年歷史中,近100年的科技進步比過去任何時代加起來都大。

      現代文明的兩次基礎科學爆炸,第一次是17世紀以“牛頓力學”為代表的經典物理學突破,第二次則是20世紀以“相對論”為代表的現代物理突破。

      每一次基礎理論的突破,都會帶來非常長的實用技術轉化期,如果用一個比喻,就是種桃樹。

      當經典物理學爆炸時,牛頓種下的經典物理學之樹,結出很多桃子。低垂的桃子容易采摘,越往上的桃子越難摘,但是味道會更甜。人們先摘走了下面的桃子(蒸汽機),兩個世紀后,那批最高最甜的桃子(汽車、飛機等)才被摘到。

      當第一次“摘桃子活動”進入尾聲時,一個叫做愛因斯坦的科學家種下了第二顆叫做相對論的種子,如今它已經長成了一棵參天巨樹。所謂“科技停滯”,真相則是,低垂的桃子所剩無幾,最香甜的果實仍未被摘取。

      第五次科技轉移

      誰能夠摘到科技果實,決定了誰是未來的王者。這已經成為了歷史的規律。

      英國在16-17世紀涌現出了牛頓、胡克、哈雷等各領域的大師,開辟了力學、化學、生理學等多個學科,英國一舉成為世界科學中心,彼時英國也是世界上最強大的國家。

      隨后科技中心向法國轉移,1789年到1800年,58項世界重大科研成果法國占據40%,在這一時期法國也成為傳統歐陸強國。

      到了20世紀初,德國進行廣泛的產業革命,迅速變成世界科技中心和世界最強國之一。20世紀30年代后,美國政府將基礎研究視為國家崛起的根本要素,為美國強大的經濟實力奠定了基礎。

      一個值得注意的信息,2016年全球科學論文的作者比例中國(18.6%)首次超過美國(17.8%)——第五次科技轉移正在進行中,而這背后,是中國科學家的默默奮斗。

      當其他國家在討論“科技進步放緩”之時,中國科學家們正在奮起直追,抓著寶貴的時間窗口,在過去的10年時間里,許多科學領域里中國已經占據領先。

      所以當四位中國科學家和工程師站在舞臺上,講述他們建造世界領先的大國重器之時,軍武菌才會如此激動。他們的故事里面,是幾代中國人接續奮斗的縮影。

      再造一個“太陽”

      中國工程院院士、等離子物理學家李建剛在WE大會上,講了他和團隊追逐太陽的故事。

      人類有70億人口,現在仍不斷增長,地球的能源能支持我們用多久?

      一兩百年,甚至更短。

      除非我們找到新的能源,科學家們看向了太陽。太陽的能量來自于內部的核聚變,這個以氫的同位素為原材料的聚變方式,被公認為最理想的能源。

      有沒有可能造一顆“人造太陽”,裝在一個籠子里為我們發光發熱呢?

    ▲中國工程院院士、等離子物理學家李建剛

      早在1950年代,蘇聯科學家就提出了托卡馬克核聚變,簡單說就是要把鋼鐵俠的方舟反應堆變成現實。這種能決定未來世界走向的技術,中國一定不能落下,中國核工業西南物理研究院也開始了托卡馬克研究。

      超越之前,先要向別人學習。

      在可控核聚變的研究上,蘇聯一直走在世界前列,當時蘇聯恰巧要退役一個托卡馬克,聽到消息后中國科學家立刻聯系蘇聯方面,但蘇聯獅子大開口——要價400萬人民幣。

      400萬在當時可不是小數目,研究所到處借款,買到了蘇聯的T-7托卡馬克裝置。

      得到T-7裝置后,李建剛他們如饑似渴拼命做實驗,一周7天,一天24小時從不間斷,一干就是半年。

      可控核聚變有多難?就拿溫度這一點來說,核聚變材料聚變時,溫度能達到1億攝氏度,而半米外就是約束核聚變材料的超導線圈,溫度是零下269攝氏度,這么近的距離,一個超高溫一個極寒,能做到這點難如登天。

      但中國科學家愣是讓中國的核聚變研究獨步全球。2021年,中國的東方超環創造了1.2億度維持101秒的世界紀錄,而國外同行只有2-3秒。

      更牛的是,東方超環在7000萬攝氏度時能維持1056秒!國外科學家很不理解,中國人到底是怎么做到的?

      其實他們不理解的事情還有很多。比如,中國天眼(FAST)總工程師姜鵬講的這個故事。

      上九天攬月

      1931年,一位美國工程師偶然在工作中偵測到一段來自太空,周期為24小時的脈沖信號。該信號讓科學界為之一震,宇宙里到底有什么?是什么發射的脈沖信號?大型射電望遠鏡成了揭開這些秘密的必備工具。

      于是世界各國對于大型射電望遠鏡的競爭開始了。

      1957年英國造出了一臺76米的望遠鏡;1961年澳大利亞在南半球第一次造出了64米的望遠鏡;1972年德國人把射電望遠鏡工程的極限尺寸推到了100米。

      為什么說100米是射電望遠鏡的工程極限呢?因為其口徑到100米后,自重和承受的風壓就很極限了,以至于再大就會把自己壓垮。

      然而2020年,姜鵬他們直接把極限拉到了500米,世界最大的單口徑球面望遠鏡“中國天眼”投入運行!

      500米的射電望遠鏡是什么概念?光工程體量就是鳥巢的好幾倍,同時射電望遠鏡對精度的要求極高,需要在公里級的尺度上實現毫米級的精度控制,建造“中國天眼”可以說是對中國科技水平和工程建設的超級考驗。

      為了實現目標,科學家們提出了一個全新的設計:用上萬根鋼索編織成一個500米口徑的巨大索網掛在環梁上,支撐著4450塊獨立反射板,還要控制反射板隨意改變方向。

      單單中國天眼對鋼索的需求都是前所未有的。由于索網的面積非常大,鋼索需要長期承受500兆帕應力的載荷,世界上同類拉索的最高強度也不過250兆帕。

      于是中國科研人員開始了自新中國成立以來最大規模的鋼索強度研制工作,經過1500個日夜,中國產鋼索終于撐起了中國天眼。

    ▲中國天眼(FAST)總工程師姜鵬

      研制鋼索其實只是天眼施工萬千困難中的一個,在施工過程中幾乎所有施工技術都是為中國天眼專門設計的。

      辛苦沒有白費,從2020年1月11日中國天眼正式通過國家驗收投入運行以來,單是脈沖星已經發現了660顆,這是什么概念?

      這相當于同一時間,世界上所有同類型望遠鏡所發現脈沖星總數的5倍還多!

      面對這一成就,中國科學家仍沒止步。姜鵬說,他們還在策劃800-1000米的巨型FAST,在他們的眼中沒有極限。

      下五洋捉鱉

      毛主席在《水調歌頭·重上井岡山》中寫:“可上九天攬月,可下五洋捉鱉,談笑凱歌還,世上無難事,只要肯攀登?!?/span>

      如果說天眼助力我們九天攬月,那么五洋捉鱉者非深潛1萬米的奮斗者號不可。

      地球71%的面積是海洋,稱之為“水球”可能更加貼切些。海洋對人類來說還是充滿未知。目前,有超過80%的海底地貌沒有得到準確測繪,甚至去過太空的人類都比進過深海的多。

      千百萬年以來,地球的表面經歷了很多輪滅絕,海底卻是相對穩定的,同時海底也是距離地幔最近的地方,它保留了太多關于地球、生命的古老秘密。

    ▲“奮斗者”號總設計師葉聰

      WE大會上,“奮斗者”號總設計師葉聰展示了中國載人深潛如何從600米,實現萬米深潛的奇跡。

      新世紀后,中國載人深潛起步,最開始探測深度只有600米,2012年“蛟龍”號完成首次海上試驗,下潛深度達7062米,中國成為繼美俄日法四個國家后,第五個掌握載人深潛技術的國家。

      “蛟龍”號累計下潛超過220次,培養了中國第一批載人深潛管理、駕駛、運行維護人員,中國人的深海探測再也不用依賴國外,我們有了自己的深潛器!

      但7000米的深度顯然不能滿足中國科學家,2016年中國第一臺萬米載人潛水器開始研制。

      10000米水深的水壓相當于100Mpa壓力,也就是說,每平方厘米上要承受1000公斤的壓力,如果把面積放大到1平方米,那么這1平米將會承受10000噸壓力。

      到底什么材料才能滿足奮斗者號技術要求?

      一開始,總設計師葉聰帶領團隊調研了所有鈦合金標號,發現沒有一種能夠抗住這樣的壓力,如果用已有材料,外殼將會厚到難以焊接。為此,他們甚至研發了一種特殊的鈦合金材料滿足需求,使中國鈦合金技術前進了一大步。

      再看通訊手段。

      我們現在使用的電磁波信號根本穿透不了海水,有線通信也不可能,而深潛器又需要和海面時刻通信,你絕對不會想到我們的科學家是怎么解決的。

      在海水中能遠距離傳播的信號只有水聲。中國科學家把電信號轉化為水聲信號,接收端收到水聲信號后再轉換為電信號,然后再轉化為聲音、文字。

      這可是在10000米下的深海,奮斗者號甚至已經完成了世界首次萬米深海直播!

      2021年奮斗者號正式投入運用,萬米下潛對于中國科學家來說再也不是一種冒險,到現在奮斗者號已經完成了21次萬米級下潛任務,中國已經成為世界上萬米載人次數和人數最多的國家。

      讓科學之火燎原

      業內有一個觀點,第一次科技爆炸是基于小科學院和個別科學家的實驗結果,第二次科技爆炸是基于大公司、大學科研所等集團,第三次科技爆炸,則應該是基于國家乃至國家聯盟的超級科學項目。

      也就是說,要做成世界科技高地,需要我們舉國之力,這些科學家背后,都是國家年復一年的巨大投入和支持;除此以外,還需要全民對于科學的理解,以及積極參與的企業力量。

      這也是軍武菌看直播時思考的第二個問題,如何才能實現強國之夢?當國家、學界、企業、人民等各方力量擰成一股繩,科學之火就會燎原。

      以這次直播為例,科學WE大會,是一個由科技企業騰訊舉辦的科學大會,每年,WE大會都會請全球最頂尖的科學家,比如霍金、彭羅斯,還有中國的姚期智、潘建偉等登臺,給大眾講最前沿的科學。到今年,這個大會已經做10年了,很少見的堅持。

      這個大會在科學家和大眾間建立了連接,讓大眾更理解科學家的工作,甚至有很多青少年可能因此成為科學家的后備人才,而企業,也發揮了它獨特的價值貢獻。

      據軍武菌了解,騰訊做的不僅僅是科學WE大會,它對科學家的支持已經非常深入。騰訊發起了“科學探索獎”,每年會給大約50位青年科學家頒獎,獎金高達300萬!而且全部由他們自己支配,隨便花!

      騰訊還給那些從事非常基礎研究的科學家們,也就是可能一輩子都很難看到科研突破的拓荒者們,設立了“新基石計劃”,10年計劃投入100億元,讓他們能心無旁騖,自由探索。

      只有更多像騰訊這樣的社會力量加入,讓求知者和探索者相遇,讓探索者和應用者連接,中國的科學火種才能遍布華夏,燎原不息。

    來源:軍武次位面

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